NAD metabolism regulates diverse biological processes, including ageing, circadian rhythm and axon survival. Axons depend on the activity of the central enzyme in NAD biosynthesis, nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase 2 (NMNAT2), for their maintenance and degenerate rapidly when this activity is lost. However, whether axon survival is regulated by the supply of NAD or by another action of this enzyme remains unclear. Here we show that the nucleotide precursor of NAD, nicotinamide mononucleotide (NMN), accumulates after nerve injury and promotes axon degeneration. Inhibitors of NMN-synthesising enzyme NAMPT confer robust morphological and functional protection of injured axons and synapses despite lowering NAD. Exogenous NMN abolishes this protection, suggesting that NMN accumulation within axons after NMNAT2 degradation could promote degeneration. Ectopic expression of NMN deamidase, a bacterial NMN-scavenging enzyme, prolongs survival of injured axons, providing genetic evidence to support such a mechanism. NMN rises prior to degeneration and both the NAMPT inhibitor FK866 and the axon protective protein WldS prevent this rise. These data indicate that the mechanism by which NMNAT and the related WldS protein promote axon survival is by limiting NMN accumulation. They indicate a novel physiological function for NMN in mammals and reveal an unexpected link between new strategies for cancer chemotherapy and the treatment of axonopathies.

Abstract Proto-oncogene KRAS, GTPase (KRAS) is one of the most intensively studied oncogenes in cancer research. Although several mouse models allow for regulated expression of mutant Kras, selective isolation and analysis of transforming or tumor cells that produce the Kras oncogene remains a challenge. In our study, we present a knock-in model of oncogenic variant Kras G12D that enables the “activation” of Kras G12D expression together with production of red fluorescent protein tdTomato. Both proteins are expressed from the endogenous Kras locus after recombination of a transcriptional stop box in the genomic DNA by the enzyme flippase (Flp). We have demonstrated the functionality of the allele termed RedRas (abbreviated Kras RR ) under in vitro conditions with mouse embryonic fibroblasts and organoids and in vivo in the lung and colon epithelium. After recombination with adenoviral vectors carrying the Flp gene, the Kras RR allele itself triggers formation of lung adenomas. In the colon epithelium, it causes the progression of adenomas that are triggered by the loss of tumor suppressor adenomatous polyposis coli (Apc). Importantly, cells in which recombination has successfully occurred can be visualized and isolated using the fluorescence emitted by tdTomato. Furthermore, we show that Kras G12D production enables intestinal organoid growth independent of epidermal growth factor (EGF) signaling and that the Kras G12D function is effectively suppressed by specific inhibitor MRTX1133.

Abstract Hypermethylated in Cancer 1 (HIC1) is an established tumor suppressor, which is frequently inactivated in various cancers. In colorectal carcinoma (CRC), silencing of HIC1 has been recognized as one of the important events in malignant tumor progression. Strikingly, CRC patients with high HIC1 expression have a worse prognosis than patients with relatively low HIC1 mRNA levels. To analyze the function of HIC1, we performed expression profiling of human primary fibroblasts after downregulation of HIC1 by RNA interference. We show that HIC1 deficiency triggers a p53-dependent response and that disruption of the HIC1 gene in human colon cells delays cell cycle progression under serum deficiency conditions. Moreover, treatment with etoposide, a DNA-damaging agent, significantly impairs the proliferation rate and dynamics of damaged DNA repair in HIC1-deficient compared with wild-type cells. One of the genes upregulated in HIC1-depleted cells encodes cell cycle regulator E2F7. E2F7 is an atypical member of the E2F family, which functions primarily as a transcriptional repressor, and its downregulation is essential for proper cell cycle progression and expression of genes involved in DNA repair. We demonstrated that E2F7 is indeed the target of transcriptional repression mediated by HIC1. Moreover, our results suggest that the phenotypic manifestations associated with loss of the HIC1 gene, in particular the changes in cell cycle progression and slowed repair of damaged DNA, are caused by dysregulation of E2F7 expression. Finally, we observed an inverse relationship between HIC1 and E2F7 in a panel of CRC. Importantly, CRC patients who express relatively high levels of E2F7 have a remarkably better prognosis than patients with intermediate or low levels of E2F7 expression.

Abstract Trophoblastic cell surface antigen 2 (TROP2) is a membrane glycoprotein overexpressed in many solid tumors with poor prognosis, including intestinal neoplasms. In our study, we show that TROP2 is expressed in preneoplastic lesions and its expression is maintained in most colorectal cancer (CRC). High TROP2 positivity correlated with lymph node metastases and poor tumor differentiation and was a negative prognostic factor. To investigate the role of TROP2 in intestinal tumors, we analyzed two mouse models with conditional disruption of the adenomatous polyposis coli ( Apc ) tumor suppressor gene, human adenocarcinoma samples, patient-derived organoids, and TROP2-deficient tumor cells. We found that Trop2 is produced early after Apc inactivation and its expression is associated with transcription of genes involved in epithelial-mesenchymal transition, regulation of migration, invasiveness, and extracellular matrix remodeling. A functionally similar group of genes was also enriched in TROP2-positive cells from human CRC samples. To decipher the driving mechanism of TROP2 expression, we analyzed its promoter. In human cells, this promoter was activated by β-catenin and additionally by Yes1-associated transcriptional regulator (YAP). The regulation of TROP2 expression by active YAP was verified by YAP knockdown in CRC cells. Our results suggest a possible link between aberrantly activated Wnt/β-catenin signaling, YAP, and TROP2 expression. Simple Summary Colorectal cancer (CRC) is one of the most common cancers worldwide. While systemic treatment of CRC is based on chemotherapy, subsequent therapeutic options are far less effective. Trophoblast cell surface antigen 2 (TROP2) is highly expressed in many carcinomas, including CRC, where its expression correlates with poor prognosis. Anti-TROP2-targeted therapy was approved for the treatment of breast and urothelial carcinomas. We aimed to determine whether TROP2 is a suitable target for the treatment of CRC. We demonstrated that TROP2 expression in CRC correlates with lymph node metastasis and poor tumor differentiation. Analysis of mouse tumor models, patient-derived organoids, and tumor cells revealed that TROP2 expression is associated with features related to epithelial-mesenchymal transition and invasiveness. Our results suggest that TROP2 targeting may be a promising approach, especially in the early phase of treatment.

ABSTRACT Glia cells expressing neuron-glial antigen 2 (NG2) play a critical role as oligodendrocyte precursor cells (OPCs) in the healthy brain; however, their differentiation potential after ischemic injury remains an unresolved question. Here, we aimed to elucidate the heterogeneity and role of NG2 glia in the ischemic brain. We used transgenic mice to label NG2-expressing cells and their progeny with red fluorescent protein tdTomato in the healthy brains and those after focal cerebral ischemia (FCI). Based on single-cell RNA sequencing, the labeled glial cells were divided into five distinct subpopulations. The identity of these subpopulations was determined based on gene expression patterns. In addition, membrane properties were further analyzed using the patch-clamp technique. Three of the observed subpopulations represented OPCs, whereas the fourth group exhibited characteristics of cells destined for oligodendrocyte fate. The fifth subpopulation of NG2 glia carried astrocytic markers. Importantly, we detected features of neural progenitors in these cells. This subpopulation was present in both healthy and post-ischemic tissue; however, its gene expression changed after ischemia, with genes related to neurogenesis being more abundant. Neurogenic gene expression was monitored over time and complemented by immunohistochemical staining, which showed increased numbers of Purkinje cell protein 4-positive NG2 cells at the edge of the ischemic lesion 12 days after FCI, and NeuN-positive NG2 cells 28 days after injury, indicating the existence of neuron-like cells that develop from NG2 glia in the ischemic tissue. Our results provide further insight into the differentiation plasticity and neurogenic potential of NG2 glia after stroke. Main Points Different subpopulations of NG2 glia in the healthy and ischemic adult cortex were identified based on their gene expression and membrane properties. Astrocyte-like NG2 glia exhibit neurogenic gene expression and are more abundant in post-ischemic tissue. Progeny of NG2-positive cells carrying neuronal marker NeuN was observed at the edge of the ischemic lesion.

Abstract Proto-oncogene KRAS, GTPase (KRAS) is one of the most intensively studied oncogenes in cancer research. Although several mouse models allow for regulated expression of mutant KRAS, selective isolation and analysis of transforming or tumor cells that produce the KRAS oncogene remains a challenge. In our study, we present a knock-in model of oncogenic variant KRAS G12D that enables the “activation” of KRAS G12D expression together with production of red fluorescent protein tdTomato. Both proteins are expressed from the endogenous Kras locus after recombination of a transcriptional stop box in the genomic DNA by the enzyme flippase (Flp). We have demonstrated the functionality of the allele termed RedRas (abbreviated Kras RR ) under in vitro conditions with mouse embryonic fibroblasts and organoids and in vivo in the lung and colon epithelium. After recombination with adenoviral vectors carrying the Flp gene, the Kras RR allele itself triggers formation of lung adenomas. In the colon epithelium, it causes the progression of adenomas that are triggered by the loss of tumor suppressor adenomatous polyposis coli (APC). Importantly, cells in which recombination has successfully occurred can be visualized and isolated using the fluorescence emitted by tdTomato. Furthermore, we show that KRAS G12D production enables intestinal organoid growth independent of epidermal growth factor (EGF) signaling and that the KRAS G12D function is effectively suppressed by specific inhibitor MRTX1133.